输电线塔保护方法、装置与系统.pdf

本发明提供一种输电线塔保护方法、装置与系统。所述输电线塔上悬挂连接输电线，所述方法包括以下步骤：实时感应所述输电线对所述输电线塔的拉力；如果所述输电线对所述输电线塔的拉力达到设定的阈值，则使所述的输电线脱落。本发明的技术方案在输电线严重超载危及铁塔安全时主动使超载输电线脱离所述输电线塔以减轻对铁塔的拉力，保护了铁塔安全，降低了损失范围，大大减少了输电线路维修周期及成本。

1、  一种输电线塔保护方法，所述输电线塔上悬挂连接输电线，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
实时感应所述输电线对所述输电线塔的拉力；
如果所述输电线对所述输电线塔的拉力达到设定的阈值，则使所述的输电线脱落。

2、  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的输电线塔上悬挂连接输电线是指：所述的输电线塔通过应力断裂器件悬挂连接输电线；其中，
所述应力断裂器件实时感应所述输电线对所述输电线塔的拉力，如果所述输电线对所述输电线塔的拉力达到设定的阈值，则所述的应力断裂器件解裂，使所述的输电线从所述输电线塔上脱落。

3、  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述输电线内的承重钢芯中设置应力断裂器件，所述的应力断裂器件实时感应所述输电线对所述输电线塔的拉力；如果所述输电线对所述输电线塔的拉力达到设定的阈值，则所述的应力断裂器件解裂，使所述的输电线断开并脱落于地面。

4、  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：从所述输电线塔上脱落的输电线经阻尼器件落下。

5、  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述应力断裂器件的解裂进行检测，生成包含位置信息的解裂报警信号，并将该解裂报警信号进行无线发射。

6、  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
实时检测所述输电线对所述输电线塔的拉力，生成包含位置信息的拉力报警信号，并将该拉力报警信号进行无线发射。

7、  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述输电线塔下部的支撑钢梁上设置缓冲保护器件和滑轨，使所述输电线经阻尼器件和缓冲保护器件落下后沿滑轨滑向地面。

8、  一种输电线塔保护系统，所述的系统包括：输电线塔和输电线，所述的输电线塔悬挂连接所述的输电线；其特征在于，所述系统还包括：
应力断裂器件，所述的输电线塔通过所述的应力断裂器件悬挂连接所述的输电线；
所述的应力断裂器件用于实时感应所述输电线对所述输电线塔的拉力，如果所述输电线对所述输电线塔的拉力达到设定的阈值，则使所述的输电线脱落。

9、  根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括：绝缘子串；
所述的输电线塔与所述的绝缘子串连接，所述的绝缘子串与所述的应力断裂器件连接，所述的应力断裂器件悬挂连接所述的输电线；或
所述的输电线塔与所述的应力断裂器件连接，所述的应力断裂器件与所述的绝缘子串连接，所述的绝缘子串悬挂连接所述的输电线。

10、  根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括：绝缘子串；
所述的输电线塔与所述的绝缘子串连接，所述的绝缘子串悬挂连接所述的输电线；在所述输电线内的承重钢芯中设置应力断裂器件。

11、  根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括：
阻尼器件，用于使从所述输电线塔上脱落的输电线缓速落下。

12、  根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括：
解裂报警单元，用于对所述应力断裂器件的解裂进行检测，生成包含位置信息的解裂报警信号，并将该解裂报警信号进行无线发射。

13、  根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括：
力传感器，用于实时检测所述输电线对所述输电线塔的拉力，生成包含位置信息的拉力报警信号，并将该拉力报警信号进行无线发射。

14、  根据权利要求12或13所述的系统，其特征在于，所述系统还包括基站以及远程监控设备，
所述基站，通过无线传感器网络连接所述解裂装置，接收所述解裂装置无线发送的信息，并将所述信息发送给所述远程监控设备；
所述远程监控设备，通过移动网络连接所述基站，接收基站转发的信息并对所述系统的工作状态进行监控。

15、  根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
缓冲器件，位于所述输电线塔下部的支撑钢梁上，使所述输电线经所述阻尼器件和缓冲保护器件落下；
滑轨，位于所述输电线塔下部的支撑钢梁上，使落下的输电线滑向地面。

16、  一种输电线塔保护装置，其特征在于，所述的装置包括：
应力断裂器件，用于实时感应输电线对所述输电线塔的拉力，如果所述输电线对所述输电线塔的拉力达到设定的阈值，则使所述的输电线脱落；
阻尼器件，用于使从所述输电线塔上脱落的输电线缓速落下。

17、  根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
解裂报警单元，用于对所述应力断裂器件的解裂进行检测，生成包含位置信息的解裂报警信号，并将该解裂报警信号进行无线发射；
力传感器，用于实时检测所述输电线对所述输电线塔的拉力，生成包含位置信息的拉力报警信号，并将该拉力报警信号进行无线发射。

输电线塔保护方法、装置与系统
技术领域
本发明关于电力应急保护领域，特别关于一种输电线塔保护方法、装置与系统。
背景技术
在冬季，当温度在0℃以下时，由于降水或降雪会导致输电线路或杆塔产生覆冰。输电线路的覆冰严重威胁着电网的安全运行，因覆冰导致的电网事故后果非常严重，轻则绝缘子串冰闪重复跳闸，脱冰跳跃引起导线舞动导致相间短路；重则导致金具严重损坏和导线脆断接地，杆塔倾斜甚至倒塌等。其中，倒塔事故造成的危害最大，由于杆塔恢复难度极大、周期长，其造成的间接损失更是不可估量。由于目前国内尚无导线除冰的成熟技术及装备，一旦输电线路严重覆冰且抢修人员无法及时到达排除险情时，将直接危害杆塔本身安全。
我国是输电线路覆冰最为严重的地区之一，线路冰害事故发生的概率居于世界前列。仅2008年春节期间，在湖南、湖北、安徽、贵州等地区，由于连日持续大范围冻雨天气，出现了该区域50年来最严重的冰灾，输电线路大面积覆冰，仅湖南一省就有11条500Kv主干线倒塔断线，电力设施遭到毁灭性破坏，造成的直接经济损失超过亿元。上百条供电线路陷于瘫痪，影响人们的生产和生活长达数月，间接经济损失更是难以估量。
现有技术是通过加强杆塔、绝缘子串强度以提高线路抗过载荷能力，从而避免杆塔倒塌事故的发生。目前线路设计依照30-50年一遇气象条件设计，覆冰、舞动等原因都可能造成导线超载，现有线路理论上可以承受至少10mm以上的导线覆冰载荷。但当遇到特殊气象条件时(如2008年的大面积持续冻雨，导线覆冰均在20mm以上)，就会因过载而出现杆塔倒塌事故。
授权公告号为CN 2401647Y，名称为“预应力输电线塔”的实用新型专利提供了一种新型的输电塔结构，该结构通过采用预应力拉索来调整和加强输电塔的受力情况和整体刚度。该专利将作为本发明的现有技术合并于此。然而，通过提高设计等级、改善杆塔结构、提高杆塔强度等措施避免杆塔倒塌的方法，由于没有相应的过载保护手段，杆塔坍塌的事故只能是减少而不能避免，从而无法从根本上解决问题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种输电线塔保护方法，当输电线严重超载而可能存在倒塔的危险时，牺牲输电线来保护铁塔。
为实现以上发明目的，本发明实施例提供一种输电线塔保护方法，所述输电线塔上悬挂连接输电线，所述方法包括以下步骤：实时感应所述输电线对所述输电线塔的拉力；如果所述输电线对所述输电线塔的拉力达到设定的阈值，则使所述的输电线脱落。
本发明的目的之二是提供一种输电线塔保护系统，采用应力断裂器件实时感应输电线对所述输电线塔的拉力，当输电线超载时该应力断裂器件断裂使输电线脱落来保护输电线塔。
为实现以上发明目的，本发明实施例提供一种输电线塔保护系统，所述的系统包括：输电线塔和输电线，所述的输电线塔悬挂连接所述的输电线；所述系统还包括：应力断裂器件，所述的输电线塔通过所述的应力断裂器件悬挂连接所述的输电线；所述的应力断裂器件用于实时感应所述输电线对所述输电线塔的拉力，如果所述输电线对所述输电线塔的拉力达到设定的阈值，则使所述的输电线脱落。
本发明的目的之三是提供一种输电线塔保护装置，该装置采用应力断裂器件来感应输电线对输电线塔的拉力，当输电线超载时该应力断裂器件断裂使输电线脱落来保护输电线塔。
为实现以上发明目的，本发明实施例提供一种输电线塔保护装置，所述的装置包括：应力断裂器件，用于实时感应输电线对所述输电线塔的拉力，如果所述输电线对所述输电线塔的拉力达到设定的阈值，则使所述的输电线脱落；阻尼器件，用于使从所述输电线塔上脱落的输电线缓速落下。
本发明的技术方案在输电线严重超载危及铁塔安全时主动使超载输电线断开以减轻对铁塔的拉力，保护了铁塔安全，降低了损失范围，大大减少了输电线路维修周期及成本。
附图说明
图1为本发明实施例1输电线塔保护系统的原理图之一；
图2为本发明实施例1输电线塔保护系统的原理图之二；
图3为本发明实施例1的解裂装置实际位置图；
图4为图2所示的解裂装置的实际结构图；
图5为本发明实施例1输电线塔保护系统的原理图之三；
图6为本发明实施例1输电线塔保护系统的原理图之四；
图7为本发明实施例1缓冲保护装置的框图；
图8为本发明实施例1中掉落的输电线经过缓冲保护装置滑向地面的示意图；
图9为本发明实施例1的解裂装置应用于耐张塔的示意图；
图10为本发明实施例1输电线塔保护方法的一种实现流程图；
图11为本发明实施例2的断裂装置安装于输电线上的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
本实施例提供一种输电线塔保护方法、装置与系统。为了避免由于输电线对输电线塔的拉力较大而导致的输电线塔的坍塌事故，本实施例对输电线塔采用一种过载保护方法，当输电线对输电线塔的拉力超过设定阈值时，使输电线脱落以减轻对铁塔的压力，避免铁塔倒塌。此处的输电线对输电线塔的拉力包含传输线自身重力、其他外界因素所增加的拉力，如覆冰或风力等。
每个输电线塔由于其结构的不同，其设计载荷和破坏载荷均不相同，一般情况下，破坏载荷为设计载荷的120％左右，如果设定载荷为1吨，那么破坏载荷为1.2吨左右。输电线对输电线塔的拉力的设定阈值和该破坏载荷相关，本实施例中，该阈值不能超过破坏载荷的90％-95％。
图1为本实施例输电线塔保护系统的原理图之一。如图所示，该系统包括解裂装置20，它连接输电线塔绝缘子串10与输电线30。该解裂装置20包括应力断裂器件201，感应输电线30对输电线塔的拉力，如果该拉力达到设定的阈值，则应力断裂器件201自身断裂以断开输电线30与输电线塔的连接，使输电线30脱落。在另一种连接关系中，该解裂装置20也可位于绝缘子串10的上部(图中未示)，只要满足应力断裂单元201的解裂使输电线30脱落的其他连接方式都属于本发明保护范围之内。
图2为本实施例输电线塔保护系统的原理图之二。为了使电力部门及时了解到输电线断开的报警信息，解裂装置20还包括解裂报警单元202，连接该应力断裂器件201，用于对所述应力断裂器件201的解裂进行检测，生成包含位置信息的解裂报警信号，并将该解裂报警信号进行无线发射，该报警信号还可以包含断开的时间信息等。为了避免断开的输电线在掉落时对其下方的输电线塔的横担造成过大的冲击，该解裂装置20还包括阻尼器件203，脱离输电线塔的输电线30沿阻尼器件203落下以减少其在掉落时的速度，一种典型的阻尼器可以是滑线阻尼。此外，该解裂装置20还可以包括力传感器，实时检测所述输电线对输电线塔的拉力，生成包含位置信息的拉力报警信号，并将该拉力报警信号进行无线发射，这样就能便于工作人员及时了解输电线对输电线塔的拉力，以便于在输电线脱落之前就能采取相应的手段。
图3为本系统解裂装置20的一种实际位置图。解裂装置20串接于绝缘子串下部或绝缘子串上部，采用太阳能或高压抽能方式进行供电，能够解决装置长期供电的问题。装置采用高可靠性部件组成，结构尺寸较小，不会影响到线路本身的安全裕度。
图4为图2所示的解裂装置20的实际结构图。解裂装置20在防尘外壳的保护中包含应力断裂器件201、解裂报警单元202、阻尼器件303和力传感器204。如图4所示，应力断裂器件201采用了一种特殊机械结构，该结构具有一个最大的承载能力，当输电线严重超载并超出设定的阈值时，应力断裂器件201先行断裂，使得超载输电线主动脱离所悬挂的输电线塔，从而为杆塔减低载荷。图4中所示的结构仅用于对应力断裂器件201进行说明，而不用于对其结构进行限定。解裂报警单元202为一个可以进行无线发送的设备，它连接该应力断裂器件201，将应力断裂器件的解裂转化为相应电信号的变化，并生成报警信号发送给远端监测设备。图4中的阻尼器件203采用滑线阻尼，在输电线脱落的过程中利用阻尼线为输电线的掉落减速，在输电线掉落到一定的高度后阻尼线断裂，使输电线掉落时的冲击力得到有效缓解。力传感器204实时检测当前输电线对输电线塔的拉力，并生成拉力报警信号发送给远端监测设备。
图5为本实施例输电线塔保护系统的原理图之三。该系统包含解裂装置20、基站40以及远程监控设备50。由于解裂装置20一般由电池供电，为了省电一般不采用大功率进行数据发送，图5的系统新增加了基站40来接收解裂装置20无线发送的信号，本实施例中解裂装置20通过无线传感器网络与基站40连接，基站40通过移动网络(如GPRS、CDMA等)将该解裂报警信号或输电线的拉力报警信号发送给远端监控设备50。申请号为200510115588.6，发明名称为“架空送电线路在线监测系统及方法”的中国发明专利申请公开了一种输电线路在线监测的方法，该专利申请作为本发明数据传输以及远程监控技术的现有技术合并于此。
由于输电线塔类型众多，输电线排列各异，多数情况下断开的输电线不会直接掉落到地面，而是掉落到该相输电线下部的横担，即使解裂装置20中有阻尼器件203对输电线减速，输电线仍会对下部横担产生冲击。本实施例在下部横担输电线坠落冲击处设置具有一定抗冲击能力的非金属材料作为缓冲器将塔材进行保护，进一步减少了对横担的冲击力，同时脱落的导线也可沿该保护材料的导向方向进行下落，不会再次冲击下部横担。若杆塔为猫头塔或酒杯塔等塔型，其导线将无法完全降落到地面上，同样在导线下落点处的塔材上设置保护材料进行保护，由于杆塔越低处刚度越高，即使导线无法完全脱离杆塔，也大大降低了倒塔事故的发生。
图6为本实施例输电线塔保护系统的原理图之四。如图所示，该系统不仅包含解裂装置20，还包括缓冲保护装置60。缓冲保护装置位于输电线30落下后与输电线塔的接触部分，图6中的缓冲保护装置位于解裂装置20下部的横担上。图7为缓冲保护装置的框图，缓冲保护装置60包括：缓冲器601，对脱落的输电线进行缓冲，以减轻输电线掉落时对所述接触部分造成的冲击。滑轨602，连接缓冲器601，使掉落的输电线沿滑轨滑向地面。图8为掉落的输电线经过缓冲保护装置60滑向地面的示意图。
本实施例的第五种输电线塔保护系统可以是图5与图6的结合，此处不再另行附图。该系统包含了解裂装置20、基站40、远程监控设备50以及缓冲保护装置60。对于耐张塔，由于假设的输电线有初始张力，一旦输电线脱落，在张力及输电线重力的影响下，输电线则不会再与下部杆塔发生冲击，因此其可以不包含缓冲保护装置60，而且解裂装置中也可以不包含阻尼器203。图9为解裂装置20应用于耐张塔的示意图。
图10为本实施例输电线塔保护方法的一种实现流程图。如图所示：
步骤S101，力传感器实时采集输电线对输电线塔的拉力，生成拉力报警信号并无线发送给远程监测设备，以对输电线的负载状态进行预警；
步骤S102，应力断裂器件实时感应输电线对输电线塔的拉力，当拉力超过设定阈值时进入步骤S103；
步骤S103，应力断裂器件自身断裂，使输电线与输电线塔的连接断开，输电线掉落，进入步骤S104和步骤S107；
步骤S104，滑线阻尼为输电线掉落减速，输电线下落到一定的高度后阻尼线断裂，输电线降落时对输电线塔其他部分的冲击力得到有效缓解；
步骤S105，在输电线掉落后与输电线塔的接触部分(如下部的横担或其他部分)设置缓冲器以减小掉落的输电线对该接触部分的冲击；
步骤S106，在缓冲器附近设置滑轨，或者该缓冲器本身包含滑轨，掉落的输电线由该滑轨滑向地面；
步骤S107，应力断裂器件自身断裂而使输电线与输电线塔断开时，由解裂报警单元无线发送一报警信息，该报警信息至少包含了输电线脱落的位置；
步骤S108，基站接收该报警信息并经移动网络转发给远程监测设备；
步骤S109，远程监测设备对该保护系统的工作状态进行监控，获得报警信息以及传输线的负荷，以及时进行抢修处理。
采用本实施例的技术方案能够实现以下技术效果：
1、在输电线严重超负荷危及铁塔安全时主动使超载输电线脱离杆塔，保护铁塔安全，降低损失范围，大大减少输电线路维修周期及成本。
2、能够实时远程在线监测输电线负载的变化，及时向运行部门发出预警信息，并在负载超出阈值后使输电线脱离杆塔并向运行部门发出信息，帮助运行人员作出断电处理并组织抢修。
3、系统对原有输电线塔结构影响较小，安装简便，可靠性高。
4、系统具有多种缓冲装置，可在输电线脱离杆塔时降低输电线下落速度以及减少对输电线下部横担的冲击力以降低附带损失。
5、通过系统发出的报警信号可迅速确定超载断裂的铁塔位置，方便抢修人员找出故障点。
实施例2：
本实施例同样采用牺牲输电线的方式来保护输电线塔。与实施例1所不同的是，本实施例将应力断裂器件201安装在输电线上，当输电线的负载超过允许的最大值时，应力断裂器件201解裂，使超载输电线30断开并脱落来减轻输电线塔负载。
图11为应力断裂器件201安装于输电线上的结构图。如图所示，输电线30包含钢芯铝绞线301、铝制外套302以及钢芯303。钢芯铝绞线301依靠钢芯303承受应力，钢芯铝绞线301进行电力输送。应力断裂器件201安装在输电线30的钢芯303上。输电线30需截断后重新连接，并在安装应力断裂器件201后，外部重新包裹输送电力的铝制外套302。
在本实施例中，由于输电线30断裂后，下部没有其他的杆塔结构，且钢芯铝绞线连接处的安装条件限制，所以不需要设计阻尼器件203，该系统也不需要设计缓冲保护装置60。另外由于输电线路上输送电力时的大电流干扰，该实施力也不包含力传感器204和解裂报警单元202。该方案的工作过程为：
步骤1、输电线严重超载并超出铁塔的设计承载能力；
步骤2、断裂装置断裂，输电线断线，杆塔载荷减低；
步骤3、由于输电中断，控制中心跳闸报警；
步骤4、运行人员对断电的线路进行巡线，找到断点并组织抢修。
该方案的结构非常简单，输电线的重新连接速度快。但需要进行人工巡线来找到断点。
本发明的输电线塔保护系统以减少线路严重超载对杆塔所产生的危害为目而设计，该系统可在输电线严重超载(如覆冰)并超出铁塔的设计承载能力时，能使超载输电线主动脱离所悬挂的杆塔。并利用系统所具备的阻尼器以及缓冲装置减小导线降落时的冲击力，以保护杆塔的安全，从而减少后继损失。同时系统还具有报警功能，可向运行部门发出输电线掉落及位置信号，以辅助线路输送及后续的线路抢修。
本发明系统及方法不仅能为运行部门提供实时线路的覆冰载荷数据及预警信息，更可以在导线覆冰过载且抢修人员无法到达现场时及时使导线脱离铁塔，确保铁塔的安全从而使损失降低到最小。对电力系统的安全可靠供电具有十分重要的作用，而且还会给电力系统带来巨大的经济和社会效益。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。